Тонкости настройки форсированных двигателей работающих на современных ЭБУ.

Следующий аспект, который необходимо обсудить, это влияние фазы топливоподачи на эффективные показатели двигателя с искровым зажиганием.

Современные ЭБУ позволяют настраивать не только гоночные автомобили, но и открывают новые возможности при установке на обычные машины, и при этом не потеряв функционала всех основных бортовых систем

Распределённый впрыск, или многоточечный впрыск (Multi Point injection, MPi) — каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе вблизи впускного клапана. В то же время различают несколько типов распределённого впрыска:

Одновременный (Simultaneous, Batch Fire Injection) — все форсунки открываются одновременно.

Попарно-параллельный (Bank Fire Injection) — форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед тактом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливо-воздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, попарно-параллельный используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке датчика положения распределительного вала (так называемой фазы).

Фазированный впрыск (Sequential Injection) — каждая форсунка управляется отдельно и открывается непосредственно перед тактом впуска.

Непосредственный впрыск (Direc Injection, DI) — впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания.

Одновременный или групповой тип распределенного впрыска (Simultaneous or Bank Fire Injection)

При групповом типе распределенного впрыска все инжектора впрыскивают топливо одновременно, один раз в течение одного оборота коленчатого вала, то есть два раза в течение полного рабочего цикла в четырехтактном двигателе (см. картинку выше). Таким образом, при групповом механизме организации подачи топлива, форсунки иногда впрыскивают бензин в уже закрытый клапан, и все же данный тип имеет свои преимущества в простоте.

Сверх того, тот факт, что впрыск топлива происходит дважды, это в свою очередь позволяет использовать инжектора меньшего размера, что уменьшает стоимость. Кроме того, использование форсунок меньшего размера имеет дополнительное преимущество при работе двигателя на не высоких частотах вращения, при малой нагрузке, и особенно на холостом ходу т.к. это позволяет увеличить длительность открытия форсунок и пропустить второй импульс т.е. впрыскивать только один раз за каждых два оборота коленчатого вала. Это в свою очередь улучшит точность измерения длительности открытия форсунок, потому что большинство инжекторов становятся неустойчивыми при длине импульса меньше 2 миллисекунд.

Видео Sequential Injection vs Batch Fire Injection

Фазированный впрыск (Sequential Injection)

Большинство современных автомобилей используют фазированную систему распределенного впрыска, которая позволяет осуществлять подачу топлива синхронно с открытием впускных клапанов индивидуально для каждого цилиндра.

Обычно, на серийных автомобилях фаза впрыскивания начинается около 40-50 градусах до начала открытия впускного клапана. Чтобы обойти трудности, вызванные использованием больших форсунок, распыляющих именно тогда, когда впускной клапан открыт, достаточно часто производители устанавливают малого размера инжектора. Поэтому в режиме круиз и малых нагрузках, форсунки заканчивают впрыск топлива еще до момента закрытия впускных клапанов. Это снижает вредные выбросы, уменьшает расход и улучшает реакцию на педаль газа.

Однако, с увеличение частоты вращения и нагрузки, сток форсунок уже не достаточно для впрыскивания топлива в столь короткий промежуток времени, пока впускной клапан открыт (в среднем около 250 градусах). Поэтому, для обеспечения подачи необходимого количества топлива, время открытия форсунок значительно увеличивается и момент впрыскивания происходит даже после закрытия впускных клапанов, этот заряд используется на следующем такте впуска. Становится очевидно, что с увеличением нагрузки и частоты вращения, уже нет разницы, в таком случае, между фазированным и одновременным типом распределенного впрыска. Поэтому и мощность, на серийных двигателях, примерно одинаковая при сравнении обоих систем. На самом деле, только на малых нагрузках и скоростях вращения, фазированный впрыск имеет преимущество в серийных двигателях.

При настройках форсированных двигателей не все уделяют достойное внимание фазам топливоподачи. Более того, даже профессионалы, не всегда могут сказать, как повлияет настройка подачи топлива на эффективные показатели конкретного двигателя. Со своей стороны могу сказать одно – эффект положительный, в пределах 4-5% от максимальных показателей, нормальное явление на любом двигателе.

Конечно, кто-то может сказать, что настраивал фазы топливоподачи и результат был практически незаметный. И такое бывает, но всему есть объяснение. Результат будет положительным только в случае правильно подготовленной и установленной самой системы впрыска, и не важно, на атмосферном гоночном двигателе или высокофорсированном с нагнетателем.

Ниже привожу реальный пример на 2.0 литра атмосферном гоночном двигателе Форд:

И график мощности в л.с.

Я не могу точно сказать, какой будет результат в улучшении характеристик, все зависит от того, что уже сделано и установлено на конкретном двигателе, но вот, что надо сделать, для получения максимально возможного результат я постараюсь рассказать.

При постройке гоночного или высокофорсированного двигателя нас особо не волнуют работа двигателя на малых нагрузках, скоростях вращения и вредные выбросы (эмиссия). Поэтому, первое, что необходимо сделать, так это установить достаточно большие форсунки, которые способны в короткий промежуток времени впрыснуть необходимое количество топлива при максимальной мощности. Обычно, когда гоночный двигатель работает на фазированной системе впрыска, фазы настраиваются таким образом, что бы момент окончания впрыска приходился до закрытия впускного клапана.

Некоторые полагают, что длительность открытия форсунок не должна превышать период времени пока впускной клапан открыт. К примеру, если впускной распредвал имеет полную фазу 290 градусов, то длительность открытия форсунок (время впрыскивания топлива) будет ограничено 290 градусами поворота коленчатого вала. Для низких частот вращения этo правда, но как только мы приближаемся к оборотам двигателя, где максимальная мощность, в таком случае лучше всего результат будет при длительности открытия форсунок в пределах 430-500 градусов (или, если 720 градусов полный рабочий цикл, то оптимальным duty cycle форсунок будет 60-70%). Таким образом, если у нас установлен распределительный вал с полной фазой 290 градусов, момент открытия форсунок будет происходить 140-210 градусов до начала открытия впускного клапана.

Для того что бы двигатель работал с использованием всех преимуществ системы фазированного распределенного впрыска, используют второй ряд форсунок. В таком случае, основной ряд форсунок, который установлен в близости впускных клапанов, используется для холостого хода, малых нагрузок и обычно имеют размер до трех раз меньше, чем второй ряд инжекторов.

В зависимости от мощности и возможностей ЭБУ на котором будет производится настройка есть несколько техник, но это уже не так и важно, я приведу основное правило которое не плохо работает. Фазы основных, встроенных форсунок можно настроить по принципу, как и на сток т.е., скажем, установить момент открытия форсунок где-то 40 градусов до начала открытия впускных клапанов. При впрыскивание топлива на закрытый впускной клапан, большая часть мгновенно испаряется и это образовавшееся облако паров топливно-воздушной смеси, с отличной гомогенностью, как раз будет готово к моменту открытия впускного клапана, и при поступлении в камеру сгорания улучшит процесс сгорания.

А вот при настройке фаз второго ряда форсунок, необходимо выбрать за отправную точку момент закрытия форсунок, так будет намного проще и удобнее (во всяком случае, для меня это так). Сам момент или фазу конца впрыска топлива можно узнать только при настройке на динамометрическом стенде и постоянно следить за изменяющимся при этом значении лямбда (или AFR, кому как удобно). Но обычно, это близко к моменту закрытия впускного клапана. Фаза особо не зависит от нагрузки, поэтому достаточно сделать 2D таблицу фаз от частоты вращения коленчатого вала.

Также стоит упомянуть о дополнительном преимуществе использование второго ряда форсунок, т.к. они включаются при уже достаточно мощном воздушном потоке, а располагают их обычно как можно дальше от впускных клапанов, в таком случае, из-за хорошего смесеобразования и эффекта охлаждения воздушного заряда впрыскиваемым топливом форсунок второго ряда, происходит увеличение плотности и как следствие увеличивается наполняемость цилиндров – больше кислорода, больше крутящего момента.

Как я уже упоминал, настройка фаз топливоподачи имеет смысл только при условии, что в режиме максимальной мощности форсунки будут загружены в пределах 60%-70%. Если инжектора будут слишком большие, и скажем, максимальная загрузка составит всего 40-45%, результат будет отрицательный из-за плохого распыла, смесеобразования и естественно ухудшенного охлаждения при испарении. Особенно это заметно на двигателях с нагнетателем. Также, если вы планируете получать максимально возможный результат от использования настройки фаз топливоподачи – помните, что при загрузке инжекторов 75-80% и выше, не фига ничего не получится.

С теорией на сегодня закончим и пора приступать к конкретным замерам и посмотреть как влияет фаза топливоподачи на лямбду и мощностные характеристики двигателя.

Но, для лучшего понимания, необходимо пояснить кое-что. В программном обеспечении ЭБУ немного по-другому используется нумерация градусов коленчатого вала, не как обычно в направлении слева направо от верхней мертвой точки на такте сжатия, а наоборот справа налево, т.е. цифры указывают на то, сколько градусов до, а не после. Поэтому я специально подготовил такую диаграмму.

Для начала предлагаю посмотреть на влияние фазы топливоподачи на состав топливно-воздушной смеси (лямбда в данном случае) при работе двигателя на холостом ходу.

В программе ЭБУ Link G+ есть возможность выбрать тип распределенного впрыска и позицию, по которой будет считаться момент впрыскивания. В данном, а также в последующих примерах, за отсчет берется момент окончания впрыска или закрытия форсунок.

Очень отчетливо видно, что при впрыскивании топлива в открытый впускной клапан ( 250 градусов) смесь становится немного богаче (все адаптации отключены), но в тоже время, при подачи топлива на уже закрытый клапан (400* и больше) лямбда наиболее стабильна.

Далее предлагаю посмотреть на эксперимент с более современным двигателем, в котором имеется и классическая система распределенного впрыска и непосредственно в цилиндры (Direct Injection) – Subaru BRZ

Для начала отключим непосредственный впрыск и будем смотреть на результат, при изменении фаз топливоподачи только вторых форсунок, установленных в впускных каналах двигателя (Fuel timing secondary)

Замеры сделаны при частоте вращения 3000 об/мин и частичной загрузке в пределах 60 кПа или 26% открытого дросселя. В левом верхнем углу показан момент, снятый с роликов динамометрического стенда — это “попугаи”, которые показывают не реальный момент с колес, а свои значения на тормозе. В данном случае это удобнее т.к. эти значения на порядок выше и проще увидеть изменения.

И так, 120 градусов момент окончания впрыскивания топлива, приходится уже после закрытия впускного клапана, но начало впрыска было еще, когда клапана открыты. Результат – 416 Нм.

203 градуса – момент окончания. Длительность открытия форсунок пришлась на период открытия впускных клапанов. Результат – 428 Нм, на 2.8% выше показатель

450 градусов. Время впрыскивания топливо полностью пришлось в закрытый впускной клапан. Результат 409.2 Нм, что на 4.8% хуже, чем в оптимальном варианте.

Я думаю на сегодня достаточно, тем более настройка фаз топливоподачи в двигателях с непосредственным впрыском, не просто очень важна т.к. эти значения в изменениях крутящего момента уже не в 5% выражаются, а намного выше, да и настройка важна во всех режимах (3D таблицы – обороты и загрузка). Но там просто и легко можно взорвать двигатель

С уважением
Barik